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Es ist bekannt, einen Teil der Abwärme eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs zum Heizen des Fahrzeuginnenraums zu verwenden. Bei Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen bestehen Phasen der aktiven Nutzung, bei der keine derartige Abwärme zum Heizen zur Verfügung steht. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen fällt keine derartige Abwärme an.
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Es werden daher in Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen dedizierte elektrische Heizelemente verwendet, die elektrische Leistung in Wärme wandeln, um so den Fahrzeuginnenraum zu heizen. Eine derartige Vorgehensweise ist etwa in der
DE 10 2015 215 424 A1 beschrieben.
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Aus der
DE 10 2017 200 088 A1 ist ein Verfahren zum Klimatisieren einer Komponente einer leistungselektronischen Schaltung bekannt, wobei durch eine Steuervorrichtung eine Komponententemperatur der Komponente ermittelt wird und durch die Steuervorrichtung die Klimatisierung durch zumindest eine Kühlmaßnahme und zumindest eine Heizmaßnahme durchgeführt wird.
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Aus der
DE 695 33 001 T2 ist eine Motorsteuerung mit einer Gleichrichterschaltung zum Umwandeln von Wechselleistung in Gleichleistung bekannt.
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Aus der
DE 10 2015 207 413 A1 ist eine Leistungsschaltung zur Stromversorgung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug bekannt. Die Leistungsschaltung umfasst einen Gleichspannungsanschluss, einen elektrischen Traktionsantrieb und einen DCAC-Wandler.
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Aus der
JP 2012 -
17 092 A ist ein Wärmepumpenkreislauf, welcher geeignet ist, um für eine Klimaanlage für ein Fahrzeug verwendet zu werden, welches mit Schwierigkeiten beim Erhalten einer Wärmequelle für das Aufheizen von einer Antriebsquelle für das Fahren konfrontiert ist, bekannt.
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Die Verwendung dedizierter Heizelemente hat jedoch den Nachteil, dass weitere Elemente Bauraum beanspruchen, Montageschritte erfordern und elektrisch sowie fluidisch an die entsprechenden Kreise anzuschließen sind und somit weitere Schnittstelle erfordern. Es ist daher eine Aufgabe, eine Möglichkeit des elektrischen Heizens von Fahrzeugkomponenten aufzuzeigen, die einfacher umsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Anspruchsgegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausführungsformen, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der 1.
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Es ist vorgesehen, eine elektrische Maschine und einen daran angeschlossenen Inverter zur Erzeugung von Wärme zu verwenden, während die elektrische Maschine ansonsten deaktiviert ist, d.h. während die elektrische Maschine weder als Generator noch als Motor arbeitet. Insbesondere ist vorgesehen, die elektrische Maschine und den Inverter zur Erzeugung von Wärme zu verwenden, während die elektrische Maschine stillsteht, d.h. keine Drehung ausführt, bzw. während in der elektrischen Maschine kein Drehfeld erzeugt wird. Die elektrische Maschine und der Inverter werden zur Erzeugung von Wärme verwendet, indem durch diese Strom fließt, der jedoch nicht zu einer Drehung der elektrischen Maschine bzw. nicht zu einem Drehfeld in der elektrischen Maschine führt.
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Bei der Erzeugung der Wärme werden daher vorzugsweise nur die ohmschen Komponenten (ggf. auch Ummagnetisierungsverluste in der elektrischen Maschine) der elektrischen Maschine und des Inverters verwendet. Energiequellen wie ein Akkumulator des Fahrzeugbordnetzes, ein Ladeanschluss, an den eine externe Stromquelle angeschlossen werden kann, oder beides können als Energiequellen dienen. Zwischen dem Akkumulator bzw. dem Ladeanschluss einerseits und dem Inverter andererseits ist zumindest eine Wicklung (oder ein Abschnitt hiervon) einer elektrischen Maschine angeschlossen.
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Der Akkumulator bzw. der Ladeanschluss ist an einer Seite der mindestens einen Wicklung angeschlossen, die den Phasenanschlüssen entgegengesetzt ist. Über die Phasenanschlüsse, die auch äußere Motorklemmen genannt werden, ist die elektrische Maschine (direkt) mit dem Inverter verbunden. Über die entgegengesetzt gelegenen Enden bzw. Abschlüsse der Wicklungen, die auch innere Motorklemmen genannt werden, etwa der Sternpunkt oder Sternpunktanschluss der Wicklungen oder Anzapfungen zwischen Sternpunkt und Phasenanschluss, sind der Ladeanschluss und/oder der Akkumulator angeschlossen, insbesondere über mindestens einen Schalter.
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Es wird somit, ausgehend von dem Akkumulator oder dem Ladeanschluss, Strom in mindestens eine innere Motorklemmen eingeprägt, der durch zumindest einen Abschnitt der mindestens einen Wicklung an den Inverter (bzw. an eine Wechselstromseite des Inverters) geführt wird. An einer Gleichstromseite des Inverters ist der Akkumulator angeschlossen. An die Gleichstromseite ist über mindestens ein Schalter auch der Ladeanschluss angeschlossen. Es wird elektrische Leistung an einem dem Inverter entfernt gelegenen Anschluss der mindestens einen Wicklung eingegeben, durch die mindestens eine Wicklung zum Inverter (bzw. dessen Wechselstromseite) geführt, und durch den Inverter hindurch geleitet.
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Die in der Wicklung und insbesondere in dem Inverter entstehende Wärme wird der Komponente zugeführt. Die Komponente ist insbesondere der Innenraum des Fahrzeugs. Die Wärme kann über einen Kühlkanal, etwa einem Luftkanal, dem Innenraum zugeführt werden. Die Wärme kann ferner über einen Kühlkanal dem Akkumulator zugeführt werden, insbesondere über einen Kühlkreislauf zum Kühlen der Inverters und des Akkumulators (d.h. über einen Kühlkreislauf, an den Akkumulator und Inverter gleichermaßen angeschlossen sind).
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Zumindest ein Schaltelement des Inverters bildet zusammen mit der Induktivität zumindest einer Wicklung der elektrischen Maschine ein Steuerungsglied, insbesondere eine Gleichspannungswandler, etwa einen Aufwärts- oder Abwärtswandler, um die Wärmeleistung zu steuern. Die Induktivität der Wicklung dient hierbei als ein Element zur Spannungswandlung bzw. zur Steuerung der elektrischen Leistung und somit auch zur Steuerung der Erzeugung der Wärme (nicht jedoch zur Erzeugung der Wärme selbst).
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Es kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Schaltelement des Inverter verwendet wird, um die elektrische Leistung, welche in Wärme gewandelt wird, zu steuern, vorzugsweise im Rahmen einer Gleichspannungswandlung, die mit dem zumindest einen Schaltelement des Inverters in Kombination mit der Induktivität der mindestens einen Wicklung der elektrischen Maschine ausgeführt wird. Die mindestens eine Wicklung ist insbesondere mindestens eine Statorwicklung.
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Es wird elektrische Leistung in ein Ende oder in einen Anschluss der mindestens einen Wicklung injiziert, die dem Inverter entgegengesetzt ist. Diese Leistung wird ausgehend etwa von der Sternpunktseite der Wicklung entlang dieser Wicklung an den Inverter übertragen und im Inverter sowie im Akkumulator in Wärme umgesetzt. Es wird somit elektrische Leistung ausgehend von einer elektrischen Energiequelle, die an einem sternpunktseitigen Ende mindestens einer Wicklung einer elektrischen Maschine angeschlossen ist, durch mindestens eine Wicklung einer elektrischen Maschine des Fahrzeugs hindurch zu mindestens einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine geführt. Dieser mindestens eine Phasenanschluss ist an einen Inverter angeschlossen. Die Leistung wird durch den Inverter hindurch geführt. Dies ist abhängig davon, ob ein Heizsignal einer Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs vorliegt, oder nicht. Es wird Wärme durch das Führen der elektrischen Leistung erzeugt, insbesondere in dem Inverter und in der mindestens einen Wicklung. Beim Führen der Leistung durch die mindestens eine Wicklung wird kein Drehfeld erzeugt wird, das zum Rotieren eines Rotors der elektrischen Maschine (EM) in der Lage ist. Die Wärme wird an die Komponente des Fahrzeugs transportiert. Als Sternpunktseite wird der Sternpunkt, die innere Motorklemme oder ein Anschluss der betreffenden Wicklung bezeichnet, die dem Phasenanschluss (und somit dem Inverter) entgegengesetzt ist.
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Es wird daher ein Verfahren zum Heizen insbesondere eines Innenraums eines Fahrzeugs (allgemein: zumindest einer Komponente oder Teils des Fahrzeugs) vorgeschlagen. Zunächst wird elektrische Leistung von einem Akkumulator (oder einem Ladeanschluss oder beidem) eines elektrischen Antriebs bzw. Bordnetz des Fahrzeugs entnommen. Dies ist abhängig davon, ob ein Heizsignal einer Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs vorliegt, oder nicht. Liegt kein Heizsignal vor, wird dem Akkumulator keine elektrische Leistung zum Heizen entnommen. Liegt eines vor, dann wird dem Akkumulator (oder dem Ladeanschluss) elektrische Leistung zum Heizen entnommen, insbesondere in einer Höhe, wie es eine Soll-Heizleistung vorgibt, die Teil des Heizsignals sein kann. Die Soll-Heizleistung wird gesteuert durch Steuern mindestens eines Schaltelements des Inverters, wobei zusammen mit der Induktivität der zumindest einen Wicklung dieses Steuern eine (steuerbare) Spannungswandlung darstellt, mittels der die Leistung eingestellt werden kann. Es wird elektrische Leistung durch mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine des Fahrzeugs geführt. Hierbei wird die elektrische Leistung an einer Sternpunktseite der elektrischen Maschine in diese eingeführt und entlang der Wicklung oder des Wicklungsabschnitts bis zum Inverter (bzw. mindestens einem der Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine) geführt, d.h. bis zur Wechselstromseite des Inverters.
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Ferner wird diese Leistung durch den Inverter geführt, der an die elektrische Maschine (über die Phasenanschlüsse bzw. über die Wechselstromseite) angeschlossen ist. Das Führen der Leistung durch den Inverter kann in einem Schritt des Einstellens der Leistung (d.h. der Wärmeleistung) ausgeführt werden, der insbesondere gemäß einer vorgegebenen Soll-Wärmeleistung ausgeführt wird. Hierbei wird die Leistung insbesondere durch ein Schaltmuster bzw. durch eine Pulsweitensteuerung des mindestens einen Schaltelements des Inverters eingestellt.
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Die Leistung (der Wärmeerzeugung) wird insbesondere eingestellt im Rahmen eines Spannungswandlungsschritts, der von dem mindestens einen Schaltelement des Inverters zusammen mit der Induktivität der mindestens einen Wicklung der elektrischen Maschine ausgeführt wird. Dies kann interpretiert werden als ein Betrieb der mindestens einen Wicklung und des mindestens einen Schaltelements als Spannungswandler, dessen Ausgang kurzgeschlossen ist (und somit Wärme erzeugt im mindestens einen Schaltelement und in der mindestens einen Wicklung) .
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Durch das Führen der elektrischen Leistung (durch die mindestens eine Wicklung und durch das mindestens eine Schaltelement des Inverters) wird (zumindest in diesen Elementen) Wärme erzeugt. Die Wärme wird in den Innenraum (oder eine andere Komponente wie an den Akkumulator) transportiert, insbesondere über einen Wärmekreislauf oder mittels einer Fluidströmung, etwa mittels einer Luftströmung oder mittels eines Wärmemediumkreislaufs. Alternativ oder in Kombination zum Wärmetransport in den Innenraum kann die Wärme an eine andere Fahrzeugkomponente transportiert werden, etwa an den Akkumulator oder an eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs.
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Beim Führen der Leistung durch die mindestens eine Wicklung wird wie erwähnt kein Drehfeld erzeugt. Es wird kein Drehfeld erzeugt, das zum Rotieren eines Rotors der elektrischen Maschine in der Lage wäre, so dass auch unvollständige Drehfelder in Betracht kommen, die keine Rotation erzeugen können. Als Rotieren des Rotors werden hierbei insbesondere rotatorische Bewegungen um mehr als 360°, 180°, 60° oder 30° des Rotors bezeichnet.
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Der Inverter (bzw. zumindest ein Schaltelement des Inverters) wird vorzugsweise derart angesteuert, dass der Anteil der Wärme, die im Inverter erzeugt wird, bezogen auf die Wärme, die im Inverter und in der elektrischen Maschine erzeugt wird, maximal ist. Dies kann durch gezielte Verschiebung der Verlustleistung in den Inverter (und Minimierung der Verlustleistung in der mindestens einen Wicklung) erzielt werden. Insbesondere wird der Inverter derart angesteuert, dass zumindest ein vorgegebener Mindestanteil der insgesamt in elektrischer Maschine und Inverter erzeugten Wärme im Inverter erzeugt wird.
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Insbesondere kann der Anteil der Wärme im Inverter (d.h. der im Inverter erzeugten Wärme) maximiert werden durch Schalten zumindest eines Schaltelements des Inverters mit einer Frequenz, die über einer Schaltfrequenz bei einer Nenndrehzahl der elektrischen Maschine liegt (um mindestens 10%, 50%, 100% oder 500%). Dies entspricht einem Betrieb der elektrischen Maschine „außer Tritt“, d.h. zwar mit einem Drehfeld, das jedoch zu schnell ist, als dass sich durch das Drehfeld der Rotor rotieren ließe (um mehr als 180° oder 360°). Ferner kann der Wärme im Inverter maximiert werden durch Schalten von Schaltelementen des Inverters mit einer Frequenz, die über den für den Normal- oder Traktionsbetrieb üblichen Schaltfrequenzen liegt, die insbesondere bei einer mech. Nenndrehzahl oder einer maximalen mechanischen Drehzahl der elektrischen Maschine zur Anwendung kommt.
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Die Schaltfrequenz kann daher erhöht werden, um den Wärmeanteil im Inverter zu maximieren bzw. um zumindest den Mindestanteil im Inverter zu erzeugen. Da der Abtransport der Wärme ausgehend von den Schaltelementen mit einem geringeren Wärmewiderstand verknüpft ist als der Abtransport der Wärme ausgehend von der mindestens einen Wicklung, kann dadurch der Innenraum effizienter und mit schnellerem Ansteuerverhalten erwärmt werden. Die Schaltfrequenz kann beispielsweise zum Erzeugen der Wärme auf mindestens 15 kHz, mindestens 16 kHz oder mindestens 18 kHz erhöht werden, während im motorischen und generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine der Inverter mit einer geringeren Taktfrequenz, insbesondere nicht mehr als 14 kHz oder weniger als 16 kHz betrieben wird.
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Die Höhe der Leistung, die geführt wird (bzw. die Wärmeleistung, die erzeugt wird), wird beispielsweise von der Klimatisierungsvorrichtung vorgegeben, etwa in Form einer Soll-Wärmeleistung bzw. (elektrischen) Soll-Heizleistung.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Temperatur in dem Innenraum gemäß einer vorgegebenen Solltemperatur geregelt wird. Das Regeln sieht vor, dass die Höhe der Leistung, die durch den Inverter und durch die elektrische Maschine geführt wird, eingestellt wird, insbesondere mit mindestens einem Schaltelement des Inverters als Stellglied. Als Stellgröße kommen Schaltfrequenz, Pulsweite, Tastverhältnis und andere Parameter in Betracht, insbesondere allgemein Parameter des Schaltmusters des Schaltelements, deren Änderung Auswirkung auf die Höhe der (Wärme-)Leistung haben.
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Es ist ferner vorteilhaft, dass ein Drehmoment der elektrischen Maschine, das während dem Führen von Leistung entsteht, minimiert wird. Dies betrifft insbesondere ein Drehmoment, das zwischen mindestens einer Statorwicklung der elektrischen Maschine und einem Rotor der elektrischen Maschine entstehen kann. Derartige Drehmomente können auch bei Feldern entstehen, die nicht Drehfelder sind, etwa statische Felder (d.h. Felder, die keine Drehkomponente haben). Hierzu kann das das Drehmoments minimiert werden durch Minimieren des Winkelbetrags zwischen (a) einem magnetischen Statorfluss, der entsteht, wenn die Leistung durch die mindestens eine Wicklung geführt wird, und (b) einer Richtung eines Flusses des Rotors (bzw. einer Richtung, die einem magnetischen Fluss des Rotors entgegengesetzt ist). Der Winkelbetrag wird vor oder während dem Führen der Leistung durch die mindestens eine Wicklung minimiert wird.
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Es ist möglich, den Statorfluss gegenüber dem Rotor der elektrischen Maschine auszurichten, etwa durch Auswahl derjenigen Statorwicklung, deren Normale den kleinsten Winkel gegenüber dem Rotorfluss aufweist, wobei die Leistung nur durch diese Statorwicklung geführt wird, oder durch Auswahl derjenigen Untergruppe von Statorwicklungen, deren Normalen in Summe den kleinsten Winkel gegenüber dem Rotorfluss aufweisen, aus allen Statorwicklungen, und Führen der Leistung nur durch diese Untergruppe von Statorwicklungen.
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Ferner können unterschiedliche Stromwerten und resultierenden Einzelflüsse für eine Untergruppe von Statorwicklungen ermittelt werden, wobei die Vektorsumme der Einzelflüsse einen minimierten Winkel gegenüber einer Richtung aufweist, die der Richtung des Statorflusses entgegengesetzt ist. Die Leistung wird dann durch die Untergruppe der Statorwicklungen hindurch gemäß den unterschiedlichen Stromwerten geführt. Die unterschiedlichen Stromwerte können ermittelt werden durch Ermitteln unterschiedlicher Modulationsparameter für die Untergruppe von Statorwicklungen, wobei unterschiedliche Modulationsparameter unterschiedlichen Effektivströmen zugeordnet sind, welche die Einzelflüsse bestimmen.
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Zudem kann zur Minimierung des Drehmoments der Rotor gegenüber dem Stator in einer Position arretiert werden (vorzugsweise vor dem Führen der Leistung), wobei in dieser Position ein Winkel zwischen der Normalen einer der Statorwicklungen der elektrischen Maschine und einer Richtung, die dem Rotorfluss entgegengesetzt ist, minimiert ist. Durch diese Statorwicklung wird dann die Leistung geführt (während durch die anderen Statorwicklungen keine Leistung geführt wird). Ferner kann der Rotors gegenüber dem Stator (vorzugsweise vor dem Führen der Leistung) in einer Position arretiert werden, in der ein Winkel zwischen einer Vektorsumme der Normalen einer Untergruppe von Statorwicklungen und einer Richtung, die dem Rotorfluss entgegengesetzt ist, minimiert ist.
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Die Leistung wird vorzugsweise durch diese Untergruppe von Statorwicklungen zu insbesondere gleichen Teilen geführt. Der Rotor kann mittels einer mechanischen Sperre arretiert werden, die mehrere Sperrpositionen aufweist. Diese (endliche) Anzahl von Sperrpositionen sind insbesondere winkeldiskrete Sperrpositionen. In mindestens einer dieser Sperrpositionen ist der Winkel einer zum Rotorfluss entgegengesetzten Richtung gegenüber einer Normalen einer Statorwicklung oder gegenüber einer Vektorsumme von Normalen einer Untergruppe von Statorwicklungen minimiert. Die Sperre, mittels der der Rotor arretiert wird, kann Ausnehmungen, Klauen oder Nuten aufweist, welche die winkeldiskreten Sperrpositionen definieren.
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Der Rotor kann ferner mittels einer Berganfahrhilfe arretiert werden, die während dem Führen von elektrischer Leistung durch mindestens eine Statorwicklung aktiv ist. Die Berganfahrhilfe ist ferner in einem Fahrmodus des Antriebsstrangs an Steigungen aktiv. Die Steuerung kann direkt oder indirekt ansteuernd mit der Sperre bzw. der Berganfahrhilfe verbunden sein, um dies auszuführen.
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Die elektrische Maschine kann eine permanenterregte elektrische Maschine sein oder eine fremderregte elektrische Maschine sein (oder auch eine Asynchronmaschine sein). Bei einer fremderregten elektrischen Maschine kann das Drehmoment minimiert werden, indem durch Modulation eines Erregerstroms, der durch den Rotor fließt, die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Rotorfluss und dem Statorfluss minimiert wird, insbesondere während die Leistung durch die mindestens eine Wicklung geführt wird. Die vorangehend genannten Möglichkeiten sind lediglich beispielhaft anhand der Statorwicklung bzw. Statorwicklungen genannt und betreffen allgemein die eingangs genannte mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine.
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Neben der elektrischen Maschine und vor allem des Inverters als Wärmequelle kann noch eine weitere elektrische Wärmequelle vorliegen in Form eines elektrischen Heizelements, insbesondere eines PTC-Elements. Das Verfahren zur Erzeugung von Wärme in dem Inverter und in der elektrischen Maschine kann ausgeführt werden, wenn die Leistung der weiteren elektrischen Wärmequelle nicht ausreicht, um eine Soll-Heizleistung zu realisieren, oder wenn die weitere elektrische Wärmequelle nicht zur Verfügung steht, etwa aufgrund eines Defekts. Die Leistung kann daher nur dann durch die elektrische Maschine und den Inverter geführt werden, wenn eine weitere Leistung, die an ein elektrisches Heizelement geführt wird, nicht ausreicht, um eine vorgegebene Soll-Gesamtheizleistung zu erbringen.
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Es kann ein Strom über mindestens einen Trennschalter und/oder über einen Ladeanschlussschalter geführt werden, der zwischen dem sternpunktseitigen Ende der Wicklung und einem Pluspol (d.h. einer ersten Versorgungs-Stromschiene bzw. einem ersten Potential des Akkumulators) geführt wird. Hierbei wird mindestens ein Schalter des Inverters zusammen mit der mindestens einen Wicklung als Spannungswandler betrieben, insbesondere im Kurzschlusszustand des Ausgangs. Der Strom kann insbesondere über eine Reihenschaltung von Trennschalter oder Ladeanschlussschalter geführt werden. Dies entspricht einem ersten Heizmodus. In diesem wird das Verfahren ausgeführt.
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Der Strom kann ferner über einen Ableitungsschalter zwischen dem sternpunktseitigen Ende und einem Minuspol des Akkumulators (d.h. einer zweiten Versorgungs-Stromschiene bzw. einem zweiten Potential des Akkumulators) geführt werden. Zumindest ein Schalter des Inverters wird als Zerhacker betrieben.
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Es wird ferner ein Fahrzeugbordnetz mit einem Akkumulator, einer elektrischen Maschine und einem Inverter beschrieben, der den Akkumulator mit der elektrischen Maschine verbindet. Das Fahrzeugbordnetz weist eine Steuerung auf. Diese verfügt über eine Schnittstelle. Die Steuerung ist eingerichtet, den Inverter zur Entnahme von Leistung und zur Zuführung von Leistung an die elektrische Maschine anzusteuern, wenn an der Schnittstelle der Steuerung ein Heizsignal anliegt. Die Steuerung ist indirekt oder direkt ansteuernd mit dem Inverter verbunden. Das Fahrzeugbordnetz (insbesondere die Steuerung) ist zur Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens ausgestaltet.
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Das Fahrzeugbordnetz weist ferner einen Ladeanschluss auf, der über einen ersten Ladeanschlussschalter des Fahrzeugbordnetzes mit einem Sternpunkt der elektrischen Maschine (oder einem sternpunktseitigen Ende einer Wicklung der elektrischen Maschine) verbunden ist. Der Ladeanschluss kann eine Ladebuchse (insbesondere ein Kontaktpaar zur Gleichspannungsübertragung) oder eine fahrzeugseitige induktive Ladeeinrichtung sein.
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Die Steuerung ist vorzugsweise ansteuernd mit dem ersten Ladeanschlussschalter verbunden. Die Steuerung ist eingerichtet, den ersten Ladeanschlussschalter in einem geschlossenen Zustand anzusteuern, wenn das Heizsignal an der Schnittstelle der Steuerung anliegt. Dieser erste Ladeanschlussschalter ist vorzugsweise in einer positiven Versorgungsschiene vorgesehen, insbesondere einem Pluspolkontakt des Ladeanschlusses.
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Das Fahrzeugbordnetz ist somit mit einer elektrischen Maschine ausgerüstet. Diese weist Phasenanschlüsse (d.h. äußere Motorklemmen) auf. Ferner weist das Fahrzeugbordnetz wie erwähnt einen Inverter auf. Dieser ist an die Phasenanschlüsse angeschlossen. Insbesondere ist die Wechselstromseite des Inverters an die Phasenanschlüsse bzw. an die elektrische Maschine angeschlossen. Das Fahrzeugbordnetz weist einen Akkumulator, einen Ladeanschluss oder beides auf. Der Ladeanschluss bzw. der Akkumulator ist an mindestens einen Anschluss der elektrischen Maschine angeschlossen ist, welcher den Phasenanschlüssen entgegengesetzt ist. Dieser Anschluss ist insbesondere eine innere Motorklemme, insbesondere ein sternpunktseitiges Ende der Wicklung. Das Fahrzeugbordnetz weist eine Steuerung auf. Diese hat eine Schnittstelle (für Steuersignale). Die Steuerung ist eingerichtet, den Inverter zur Entnahme von Leistung und zur Zuführung von Leistung an die elektrische Maschine anzusteuern, wenn an der Schnittstelle der Steuerung ein Heizsignal anliegt.
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Das Fahrzeugbordnetz kann den Ladeanschluss und den Akkumulator aufweisen. Über einen ersten Ladeanschlussschalter des Fahrzeugbordnetzes kann dieser mit dem Anschluss der elektrischen Maschine der elektrischen Maschine verbunden sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass nur dann Leistung durch die elektrische Maschine geführt wird, wenn ermittelt wird, dass eine Klappe, welche an dem Ladeanschluss vorgesehen ist, verschlossen ist oder verriegelt und verschlossen ist. Die Steuerung kann mittels einer Eingangsschnittstelle eingerichtet sein, einen entsprechenden Schließzustand oder Verriegelungszustand der Klappe anhand eines Schließsignals oder Verriegelungssignals zu erfassen und nur dann den Inverter anzusteuern, wenn das Schließsignal und/oder das Verriegelungssignal vorliegt.
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Das Fahrzeugbordnetz kann ferner einen zweiten Ladeanschlussschalter aufweisen. Der Ladeanschluss ist ferner über den zweiten Ladeanschlussschalter mit einem Gleichspannungspotential des Inverters verbunden, insbesondere mit einem Potential, das sich von dem Potential des ersten Ladeanschlussschalters unterscheidet, etwa Masse. Die Steuerung ist direkt oder indirekt ansteuernd mit dem zweiten Ladeanschlussschalter verbunden. Die Steuerung ist eingerichtet, den zweiten Ladeanschlussschalter in einem offenen Zustand anzusteuern, wenn das Heizsignal an der Schnittstelle der Steuerung anliegt. Dadurch ist der Ladeanschluss abgetrennt, wenn durch den Inverter und die elektrische Maschine (zur Wärmeerzeugung) Leistung geführt wird. Wie erwähnt kann das Fahrzeugbordnetz wie folgt in einer Ausführungsform einen zweiten Ladeanschlussschalter aufweisen.
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Der Ladeanschluss ist über den zweiten Ladeanschlussschalter mit einem Gleichspannungspotential des Inverters verbunden. Die Steuerung ist ansteuernd mit dem zweiten Ladeanschlussschalter verbunden. Die Steuerung ist eingerichtet, den zweiten Ladeanschlussschalter in einem geschlossenen Zustand anzusteuern, wenn das Heizsignal an der Schnittstelle der Steuerung anliegt.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Fahrzeugbordnetz den Akkumulator und den Ladeanschluss aufweist. Der Akkumulator ist über einen Akkumulator-Trennschalter des Fahrzeugbordnetzes mit dem Ladeanschluss verbunden. Der Akkumulator-Trennschalter ist insbesondere in einer positiven Potentialschiene in Reihe geschaltet. Die Steuerung ist eingerichtet ist, den Akkumulator-Trennschalter in einem geschlossenen Zustand anzusteuern, wenn das Heizsignal anliegt, welches ein Heizen mittels Energie des Akkumulators vorsieht.
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Alternativ oder in Kombination hiermit kann die Steuerung eingerichtet sein, den Akkumulator-Trennschalter in einem geschlossenen Zustand anzusteuern, wenn ein Ladesignal an der Steuerung anliegt, das wiedergibt, dass Energie zwischen dem Akkumulator und dem Ladeanschluss durch eine direkte Verbindung zwischen ausgetauscht werden soll. Als direkte Verbindungen werden insbesondere wandlerfreie, d.h. spannungswandlerfreie oder stromrichterfreie Verbindungen bezeichnet. Diese Verbindung wird verwendet, wenn zum Energieaustausch zwischen Ladeanschluss und Akkumulator kein Spannungsniveau angepasst werden muss. Ansonsten kann der zweite Schalter geschlossen und der Trennschalter geöffnet sein, damit Energie zwischen Ladeanschluss und Akkumulator über den Inverter und somit spannungswandelnd (evtl. stromrichtend) übertragen werden kann. Die genannten Schalter weisen somit eine weitere Funktion auf, neben der Funktion, den Anschluss zu einem sternpunktseitigen Ende der mindestens einen Wicklung der elektrischen Maschine schaltbar zur Einspeisung elektrischer Energie bereitzustellen.
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Zwischen dem sternpunktseitigen Ende der mindestens einen Wicklung und dem Akkumulator, insbesondere der mit dem dritten Schalter verbundene Pol der Batterie (etwa ein Schalter in einer negativen Stromschiene des Inverters), kann ein Ableitungsschalter vorgesehen sein. Dieser Schalter leitet Strom, der von dem Akkumulator über einen der beiden Schalter des Inverters durch die mindestens eine Wicklung (oder einen Abschnitt hiervon) geführt wird, zur Batterie ab. In einem Chopper-Heizmodus kann der Ableitungsschalter geschlossen sein und der Schalter des Inverters, durch den der sich ergebende Strompfad führt, kann getaktet geschaltet werden, um so den Akkumulatorstrom zu zerhacken. Die Pulsweite, das Tastverhältnis und/oder die Schaltfrequenz des Zerhackens sind einstellbare Parameter zur Steuerung des Stroms. Eine Ausführungsform sieht vor, dass anstatt des Ableitungsschalters eine Reihenschaltung eines Schalters und eines elektrischen Heizwiderstands vorgesehen ist. Der Heizwiderstand ist vorzugsweise thermisch an den gleichen Kühlkreislauf angebunden, an den auch der Inverter und/oder die elektrische Maschine angebunden sind.
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Ferner kann eine Regelung vorgesehen sein, die für diesen Modus oder auch für andere Modi ein Regelungsziel etwa in Form einer Soll-Heizleistung vorsieht, und die die genannten Parameter bei der Ansteuerung zumindest einer der Schalter des Inverters als Stellgröße ändert. Die Ist-Heizleistung dieser Regelung (mit der regelungsgemäß die Soll-Heizleistung verglichen wird) ist entweder die Wirkleistung, die durch elektrische Maschine und Inverter fließt, oder die zeitlich Ableitung der erzeugten Wärmemenge.
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Es kann eine Regelung vorgesehen sein, die auf einen gewünschten Sternpunkt-Strom-Sollwert abzielt. Dieser kann über ein Modell mit der gewünschten Verlustleistung (=Soll-Verlustleistung) assoziiert werden. Hierbei kann der Aussteuergrad (d.h. das Tastverhältnis bzw. ein Modulationsfaktor m) des oder Schalter des Inverters, die mit einer positiven Versorgungsschiene verbunden sind („High-Side-Schalter“) wird verstellt, insbesondere, erhöht, bis sich der gewünschte Sternpunkt-Strom-Sollwert einstellt. Die in diesem Absatz erwähnte Regelung betrifft insbesondere einen Modus, in dem Strom vom sternpunktseitigen Anschluss zum Akkumulator über einen Schalter geführt wird, mit anderen Worten ein Modus, in dem der Ableitungsschalter geschlossen ist bzw. Strom führt.
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Ferner kann eine Regelung vorgesehen sein, bei der eine gewünschte Soll-Verlustleistung über ein Modell einem gewünschten Sternpunkt-Strom-Sollwert zugeordnet ist. Als Stellgröße der Regelung wird die Gleichspannung am Inverter (d.h. die Spannung an der Inverter-Gleichspannungsseite bzw. zwischen Versorgungspotentialschienen) verwendet. Diese Größe wird solange verändert bzw. erhöht oder verringert, bis sich der gewünschte Strom-Sollwert bzw. die gewünschte Soll-Verlustleistung einstellt. Hierbei sind der Akkumulator und die Verbindung zwischen dem Akkumulator und dem Zwischenkreiskondensator des Inverters reale Bauelemente. Der Akkumulator weist somit einen Innenwiderstand auf, und die Verbindung zwischen dem Akkumulator und dem Kondensator weist zumindest einen Leitungswiderstand und ggf. eine Induktivität (basierend auf dem Induktivitätsbelag der Verbindung) auf.
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Daher kann sich die Spannung an den Klemmen des Akkumulators von der Spannung am Zwischenkreiskondensator des Inverters unterscheiden; insbesondere kann sich aufgrund des Innenwiderstands die Spannung der (gedachten) idealen Spannungsquelle innerhalb des Akkumulators (gekennzeichnet durch die Leerlaufspannung) von der Spannung am Kondensator unterscheiden. Die Spannung am Kondensator, die auch als DC-Link-Spannung bezeichnet werden kann, verändert sich mit Änderung der Stellgröße der Regelung, d.h. dem Modulationsgrad, dem Tastverhältnis oder der Schaltfrequenz des Schalters SH oder SL. Ferner hat die DC-Link-Spannung direkten Einschluss auf den fließenden Strom und somit direkten Einfluss auch die Regelgröße, nämlich die Verlustleistung bzw. den Strom durch den Inverter und die elektrische Maschine.
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Schließlich sei bemerkt, dass das sternpunktseitige Ende ein Anschluss ist, zwischen dem einerseits und einem (inverterseitigen) Phasenanschluss der mindestens einen Wicklung andererseits die gesamte Wicklung oder nur ein Teil der betreffenden Wicklung liegt. Im letztgenannten Fall ist das sternpunktseitige Ende eine Anzapfung zwischen dem Phasenanschluss und dem Sternpunkt selbst.
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In der 1 ist ein Fahrzeugbordnetz zur näheren beispielhaften Erläuterung der hier erwähnten Herangehensweise dargestellt.
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Die 1 zeigt ein Fahrzeugbordnetz BN zur Ausführung des hier beschrieben Verfahrens.
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Ein Akkumulator B, etwa ein Traktionsakkumulator, der als Hochvoltakkumulator (Nennspannung beispielsweise mindestens 200 V, mindestens 300 V, mindestens 350 Volt oder mindestens 380 V) ausgeführt sein kann, ist über einen Inverter I mit einer elektrischen Maschine EM, etwa ein Traktionsmotor des Fahrzeugs, verbunden. Die elektrische Maschine ist mit Wicklungen ausgestattet, von denen mindestens eine als Wicklung W symbolhaft dargestellt ist. Es können beispielsweise 3, 5, 6 oder mehr Wicklungen W vorgesehen sein. Die mindestens eine Wicklung W ist beispielsweise eine Statorwicklung der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine EM weist einen Rotor R auf, der von den Wicklungen (in 1: Statorwicklungen) umgriffen ist.
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Der Inverter I umfasst Vollwellenbrücken, von denen eine Vollwellenbrücke beispielhaft dargestellt ist. Diese Vollwellenbrücke umfasst einen ersten Schalter SH, der mit dem positiven Versorgungspotential (des Akkumulators B) verbunden ist, wobei in dieser Verbindung ein Trennschalter vorgesehen sein kann. Ein zweiter Schalter SL ist mit dem ersten Schalter SH über einen Verknüpfungspunkt in Reihe geschaltet. Der zweite Schalter SL ist mit dem negativen Versorgungspotential (des Akkumulators B) verbunden ist, wobei in dieser Verbindung ebenso ein Trennschalter vorgesehen sein kann. Der Verknüpfungspunkt zwischen den Schaltern ist mit einer Phase, d.h. mit einem Ende der Wicklung W, verbunden. Der Inverter ist vorzugsweise mehrphasig ausgestaltet, wie mit dem Symbol „(...)“ symbolhaft dargestellt ist. Dies gilt auch für die elektrische Maschine, von der nur eine Wicklung W symbolhaft dargestellt ist. Der Inverter kann beispielsweise als B6C-Brücke ausgestaltet sein oder kann für jede Phase eine H-Brückenschaltung aufweisen.
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Ein Sternpunkt SP stellt das Ende der mindestens einen Wicklung W dar, welches entgegengesetzt zu dem Ende der mindestens einen Wicklung W liegt, das mit dem Inverter I (über den Verknüpfungspunkt) verbunden ist.
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Ein Ladeanschluss LB, etwa einer Gleichspannungsladebuchse, umfasst zwei Kontakte, d.h. jeweils ein Kontakt für ein positives und für ein negatives Potential. Ein erster Schalter S1 (in der positiven Versorgungsschiene) verbindet den Ladeanschluss LB mit dem Pluspol des Akkumulators B. Ein zweiter Schalter S2 verbindet den Ladeanschluss LB (bzw. das positive Potential bzw. den positiven Kontakt hiervon) mit dem Sternpunkt SP bzw. mit dem Ende der mindestens einen Wicklung W, die dem Inverter (bzw. dessen Wechselspannungsseite) entgegengesetzt ist.
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Wird der Akkumulator B geladen, ergibt sich ein Leistungsfluss, der mit Punktlinien dargestellt ist. Dieser führt von dem Ladeanschluss LB über den zweiten und den dritten Schalter S2, S3, die unterschiedlichen Potentialen angehören, über die mindestens eine Wicklung W zum Inverter I. Da der zweite und der dritte Schalter S2, S3 dem Ladeanschluss nachgeschaltet sind, werden diese auch als erster Ladeanschlussschalter S2 und zweiter Ladeanschlussschalter S3 bezeichnet. Der Schalter S2 fungiert ferner als Sternpunkt-Verbindungsschalter und kann auch als (einer der) Konfigurationsschalter betrachtet werden.
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Im Rahmen des Leistungsflusses, der punktiert dargestellt ist, wird von einer Steuerung C, die ansteuernd mit den Schaltern SH, SL des Inverters I verbunden ist, der Schalter SH getaktet angesteuert. Es ergibt sich zusammen mit der Induktivität ein Gleichspannungswandler, insbesondere eine Hochsetzsteller. Dadurch kann die Ladeleistung gesteuert werden und es können unterschiedliche Spannungsniveaus zwischen dem Ladeanschluss LB und dem Akkumulator B aneinander angepasst werden.
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Insbesondere kann das Spannungsniveau des Ladeanschlusses erhöht werden. Es kann auch Leistung vom Akkumulator B zum Ladeanschluss rückgespeist werden; der Inverter I bildet mit dieser Möglichkeit einen bidirektionalen Gleichspannungswandler.
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Als weitere Funktion wird das hier beschriebene Verfahren implementiert mittels des Inverters I und der Induktivität der Wicklung W. Es ergibt sich ein Stromfluss, der strichpunktiert dargestellt ist. Ausgehend von dem Akkumulator B wird der Strom des Akkumulators B über den Schalter S1 und den Schalter S2 der Wicklung W zugeführt. Die Schalter sind hierzu geschlossen. Der Schalter S3 ist hierbei geöffnet, um minuspolseitig den Ladeanschluss LB von dem Inverter I bzw. dem restlichen Fahrzeugbordnetz BN abzutrennen. Der zweite Schalter SL des Inverters I wird hierbei getaktet. Die Taktung hat vorzugsweise eine höhere Frequenz als beim Laden oder auch Rückspeisen über die Ladeanschluss LB. Dadurch ergeben sich auch höhere Verlustleistungen, da diese mit der Frequenz verknüpft ist.
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Der Strom wird somit durch die Wicklung W der elektrischen Maschine und durch den zweiten Schalter SL geführt und erzeugt in beiden Komponenten Verlustleistung, die als Wärme E einem Fahrzeuginnenraum FI zugeführt werden kann. Es können alle Wicklungen W der elektrischen Maschine EM und insbesondere alle Schalter SL aller Phasen des Inverters verwendet werden, um die Wärmeerzeugung zu verteilen. Der Schalter S2 kann dazu dienen, den Sternpunkt SP der elektrischen Maschine, d.h. die vom Inverter entfernt gelegenen Wicklungsenden voneinander zu trennen (oder nur eine Untergruppe hiervon). Die elektrische Maschine EM verfügt über einen Rotor R. Im Traktionsbetrieb wird dieser durch ein Drehfeld, das von den Wicklungen W erzeugt wird, gedreht.
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Beim verfahrensgemäßen Heizen des Fahrzeuginnenraums FI wird auch Strom durch die Wicklungen W geleitet, jedoch entsteht kein Drehfeld, mit dem sich der Rotor R drehen lässt. Beim verfahrensgemäßen Heizen wird also kein Drehfeld erzeugt, das in der Lage ist (bei frei drehbarem Rotor), der Rotor zu drehen (etwa um mehr als 180° oder mehr als 360°). Es kann sein, dass der Rotor bei der Ausführung des Verfahrens eine bevorzugte Position einnimmt, wobei die die Bewegung, die mit dem einnehmen der Position verknüpft ist, hier nicht als „Drehen oder Rotieren des Rotors“ betrachtet wird. Vielmehr wird hierin als „Drehen oder Rotieren des Rotors“ die Bewegung betrachtet, welche bei der Traktion oder Rekuperation auftritt, d.h. keine einmalige Bewegung um weniger als 360° oder 180°, sondern mehrfache, sich wiederholende Drehungen.
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Der Inverter kann einen Zwischenkreiskondensator Z aufweisen, der die Spannung an der Gleichspannungsseite des Inverters I bei der Taktung der Schalter SH, SL des Inverters stützt.
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Die Steuerung C kann, wie symbolhaft dargestellt, die Schalter S1-S3 des Bordnetzes und die Schalter SH, SL des Inverters I ansteuern. Die Steuerung kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein, etwa mit einem Teil, der die Schalter des Inverters I steuert, und einem Teil, der die Schalter S1-S3 steuert.
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Die Steuerung C kann ferner eine Klimasteuerung oder Klimaregelung bzw. eine Klimatisierungsvorrichtung umfassen oder kann eine Schnittstelle IF aufweisen, an der Klimatisierungsparameter bzw. ein Heizsignal H eingegeben werden können, die von einer Klimatisierungsvorrichtung abgegeben werden. Eine Klimatisierungsvorrichtung kann Teil der Steuerung C sein, wobei die Steuerung C hierarchisch gegliedert sein kann und insbesondere in mehrere Teilsteuerungen unterteilt sein kann.
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Da die Steuerungshierarchie und Details des Aufbaus der Steuerung C nicht wesentlich für die beschriebene Vorgehensweise sind, sind in der 1 keine Details zum Aufbau der Steuerung C dargestellt. Beispielsweise kann eine Einheit die Klimatisierungsvorrichtung realisieren, einschließlich einer Nutzereingabeschnittstelle (die der Klimatisierungsvorrichtung angehört), und eine nachgeordnete Schalteinheit kann beim Auftreten eines Heizsignals H (abgegeben von der Klimatisierungsvorrichtung K) die Schalter S1, S2 schließen, S3 öffnen und den Schalter SL entsprechend takten (oder steuern lassen durch eine wiederum nachgeordnete Inverter-Steuereinheit). In einer Realisierungsform sind die Klimatisierungsvorrichtung, die Invertersteuerung (welche SH und SL ansteuert) und die Schaltersteuerung, die die Schalter S1-3 ansteuert, unterschiedliche, miteinander direkt oder indirekt verbundene Steuereinrichtungen. Es kann ferner eine Moduseinstellung bzw. eine entsprechende Modussteuerungseinrichtung neben den genannten Einrichtungen als eigene Einrichtung bestehen. Diese wäre der Invertersteuerung und der Schaltersteuerung vorgeschaltet und wäre ggf. mit der Klimatisierungsvorrichtung (als Signalquelle für das Heizsignal) direkt oder indirekt verbunden.
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Die Klimatisierungsvorrichtung erzeugt ein Heizsignal H, wenn die Temperatur im Fahrzeuginnenraum FI erhöht werden soll. Das Heizsignal kann ein Semaphor sein oder kann ein numerischer Wert sein, der eine Heizleistung oder eine damit verknüpfte Größe wiedergibt. Das Heizsignal ist derart ausgestaltet, dass sich aus diesem die Anforderung der Erzeugung von Wärme ableiten lässt, entweder direkt (bei einer Ausgestaltung als Anforderung) oder ermittelbar, etwa mittels eines Vergleichs.
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Besteht das Heizsignal H und somit eine Anforderung, (mittels elektrischer Maschine oder Inverter) Wärme zu erzeugen, werden die Schalter S1 und S2 geschlossen (um den strichpunktierten Stromfluss zu ermöglichen), S3 wird gegebenenfalls geöffnet (um zumindest ein Potential des Fahrzeugbordnetzes BN vom Ladeanschluss LB abzutrennen), und der Schalter SL wird getaktet. Es ergibt sich der strichpunktiert dargestellte Stromfluss zu realisieren, der die Wärme E erzeugt, welche in den Fahrzeuginnenraum FI übertragen wird. Das Takten (getaktete Öffnen und Schließen) des Schalters SL bildet zum einen eine Stellmöglichkeit für die Erzeugung der Wärme und erzeugt ferner zusammen mit der Induktivität der Wicklung W einen spannungswandelnden Effekt. Die Frequenz, die Pulsweite und/oder das Tastverhältnis oder andere pulsmusterdefinierende Größen sind Stellgrößen zum Einstellen der beim Heizen erzeugten Heizleistung bzw. der vom Akkumulator B entnommenen Leistung.
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Zudem kann die Steuerung C eine Moduseinstellung aufweisen, die eingerichtet ist, die Schalter S1-S3 und/oder SH, SL gemäß eine Lademodus oder gemäß einem Heizmodus anzusteuern, wobei im letzteren das hier beschriebene Verfahren ausführt.
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Ferner kann die Moduseinstellung einen Rückspeisungsmodus aufweisen, bei dem sich ein Leistungsfluss ergibt, der dem gepunktet dargestellten Leistungsfluss entgegengesetzt ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Moduseinstellung eine Traktionsmodus aufweisen, bei dem der Inverter I die Wicklungen W aus dem Akkumulator B zum Antrieb der elektrischen Maschine EM speist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Moduseinstellung einen Rekuperationsmodus aufweisen, bei dem über den Inverter I Leistung von der elektrische Maschine EM an den Akkumulator B übertragen wird.
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Zudem kann die Moduseinstellung einen Ladeanschluss-Abtrennmodus aufweisen, in dem der Schalter S2, der Schalter S3 oder beide Schalter S2, S3 geöffnet sind. In diesem Abtrennmodus ist der Ladeanschluss vom restlichen Fahrzeugbordnetz BN abgetrennt.
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Ferner kann die Moduseinstellung einen Akkumulator-Abtrennmodus aufweisen. In dem ist der Schalter S1 geöffnet, so dass die Verbindung zwischen Akkumulator B und Ladeanschluss getrennt ist. Aufgrund dieser Funktion kann der Schalter S1 auch als Akkumulator-Trennschalter bezeichnet werden.
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Zudem kann die Moduseinstellung einen Direkt-Übertragungsmodus aufweisen, bei dem Schalter S2 offen ist und die Schalter S1 und S3 geschlossen sind, wodurch die Spannung an der Ladebuchse direkt an den Akkumulator B übertragen wird (oder umgekehrt). Dies ist möglich, wenn das Spannungsniveau an dem Akkumulator B kompatibel ist zum Spannungsniveau an dem Ladeanschluss, insbesondere bei einem 800 V - Akkumulator B und einer 800 V - Ladestation, die an der Ladebuchse angeschlossen ist. Je nach Übertragungsrichtung kann der Direkt-Übertragungsmodus ein Rückspeisemodus oder ein Lademodus sein.
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Schließlich kann die Moduseinstellung einen Anpassungs-Übertragungsmodus aufweisen, bei dem Schalter S1 offen ist und die Schalter S2 und S3 geschlossen sind, wodurch die Spannung an der Ladebuchse indirekt (und somit steuerbar bzw. wandelbar) über den Inverter (und somit nicht direkt) an den Akkumulator B übertragen wird (oder umgekehrt). Dies wird vorzugsweise gewählt, wenn die Spannungsniveaus zwischen dem Akkumulator B und dem Ladeanschluss aneinander angepasst werden müssen, insbesondere bei einem 800 V - Akkumulator B und einer 400 V - Ladestation, die an der Ladebuchse angeschlossen ist. Je nach Übertragungsrichtung kann der Anpassungs-Übertragungsmodus ein Rückspeisemodus oder ein Lademodus sein. Der Anpassungs-Übertragungsmodus kann auch als Spannungswandlungs-Übertragungsmodus bezeichnet werden.
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In einem ersten Heizmodus (der Moduseinstellung) sind die Schalter S1, S2 geschlossen; der Schalter SL wird getaktet angesteuert. Es ergibt sich ein (am Ausgang kurzgeschlossener) Spannungswandler ausgebildet durch die Induktivität der Wicklung W und dem Schalter SL. In einem zweiten Heizmodus ist der Schalter S4 geschlossen; S1 und/oder S2 sind geöffnet. Es ergibt sich der Chopper-Heizmodus, in dem der Schalter SH getaktet wird und als Stellglied für die Heizleistung dient.
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Der Schalter S2 kann Teil einer Konfigurationsschaltergruppe sein, die an die Wicklungen W angeschlossen ist und eingerichtet ist, bei unterschiedlichen Schaltzuständen die Wicklungen W in unterschiedlichen Konfigurationen zu schalten. Als Konfiguration kommen etwa eine Dreiecksschaltung, eine Sternschaltung und/oder eine Frei-Konfiguration in Betracht, bei der mehrere oder alle Wicklungen W voneinander getrennt sind. Die Moduseinstellung wird von einer Steuervorrichtung realisiert.
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In der 1 ist ein optionaler Ableitungsschalter S4 dargestellt. Dieser verbindet den Sternpunkt SP schaltbar mit einem Potential des Akkumulators B, hier mit dem Minuspol. In einem Chopper-Modus (wofür die Moduseinstellung ausgestaltet ist), ist der Schalter S4 geschlossen (und vorzugsweise ansonsten offen). Die Steuerung C ist hierfür ansteuernd mit dem Schalter S4 verbunden. Es fließt dann ein durch den Schalter SH einstellbarer Strom von dem Akkumulator B über den Schalter SH (des Inverters I) durch die Wicklung W zum Schalter S4, der in geschlossenem Zustand den Strom zurück zum Akkumulator B führt. Das Tastverhältnis, die Schaltfrequenz oder der Modulationsfaktor, mit dem der Schalter SH betrieben wird, ist eine Stellgröße für den (effektiven) Strom, der durch die elektrische Maschine EM geführt wird und ist somit eine Stellgröße für die erzeugte Verlustleistung. Der Schalter S4 arbeitet hierbei als Zerhacker. Der erzeugte (zerhackte) Strom erzeugt kein Feld, das den Rotor R zum Drehen veranlassen würde, insbesondere kein Drehfeld. Die Frequenz, mit der zerhackt wird, ist größer als eine Schaltfrequenz bei Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine im Traktionsbetrieb, und ist insbesondere mindestens das 2-, 5-, oder 10-fache dieser Frequenz. Wie erwähnt hat diese Stellgröße Einfluss auf die Spannung am Kondensator Z, da der Akkumulator B und die Zuleitung zwischen dem Akkumulator B und dem Kondensator Z reale Bauelemente (mit Innenwiderständen) sind. Über diese Größe, nämlich die Spannung am Kondensator Z, bestimmt sich der Strom und somit die Regelgröße (d.h. die Verlustleistung bzw. die Wärmeleistung bzw. der Wärme erzeugende Strom durch den Inverter und durch die elektrische Maschine.)
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Anhand der 1 sind ferner einige mögliche Aspekte des Verfahrens zu erkennen:
- Der Strom kann zwischen dem Akkumulator B und dem Sternpunkt SP über die Schalter S1 und S2 geführt werden; es ergibt sich der strichpunktiert dargestellte Strom. In diesem Fall bilden Wicklung W und der Schalter SL des Inverters I einen Spannungswandler, der über S1 und S2 kurzgeschlossen ist. Hierbei wird der Strom zwischen Sternpunkt SP und dem Pluspol (als allgemein ein erstes Versorgungspotential) des Akkumulators B über die Schalter S1 und S2 (als Reihenschaltung) geführt. Schalter SL wird getaktet angesteuert und dient als Stellglied zum Einstellen der Heizleistung.
- Der Strom kann zwischen dem Akkumulator B und dem Sternpunkt SP über den Schalter S4 geführt werden; es ergibt sich ein Strom, der von dem Sternpunkt SP zum Akkumulator B geführt wird (Masche unterhalb der strichpunktierten Strommasche rechts des Inverters I). In diesem Fall bildet der Schalter SH einen Chopper bzw. Zerhacker. Der Strom wird über den Schalter S4 von dem Sternpunkt SP zum Akkumulator B abgeführt, insbesondere zum Minuspol (als allgemein ein zweites Versorgungspotential) des Akkumulators B. Schalter SL wird getaktet angesteuert und dient als Stellglied zum Einstellen der Heizleistung. Der sich ergebende Chopper weist einen kurzgeschlossenen Ausgang auf; der Schalter S4 bildet hierbei den ausgangsseitigen Kurzschluss.
